La particella sembra essere più pesante di quanto afferma la teoria

Dopo anni di analisi, un team di fisici ha concluso che il cosiddetto bosone W ha una massa maggiore di quanto si pensasse in precedenza. Questo potrebbe indicare nuove particelle.

Di per sé, abbiamo una teoria ben funzionante delle particelle e delle forze che agiscono tra loro: il Modello Standard. Il problema è che questa teoria non può spiegare tutto. Ad esempio, la gravità non ne fa parte. E anche materia oscura Le cose invisibili che costituiscono circa l’84% dell’universo non sono fatte delle particelle che si trovano in questo Modello Standard.

Questo è il motivo per cui è sempre così divertente quando si tratta di un file Il ridimensionamento non sembra corrispondere al modello standard† Perché questa potrebbe essere la prima indicazione di particelle, forze o altri fenomeni ancora al di fuori del Modello Standard, da cui è possibile rispondere a una serie di domande aperte. L’esempio più recente: la massa del bosone W, che, secondo il team dietro l’esperimento particellare americano CDF II, è leggermente più grande del modello standard che descrive.

particelle messaggere

Prima di tutto, di che tipo di particelle stiamo parlando qui? Il modello standard contiene tre forze o tre modi in cui le particelle possono interagire tra loro. Queste sono la forza elettromagnetica, la forza forte (nucleare) e la forza debole (nucleare).

Per ciascuna di queste forze esistono una o più “particelle messaggere”. Ad esempio, particelle che si attraggono o si respingono a causa di un cambiamento nella forza elettromagnetica fotoni da. La forza intensa è trasmessa dai cosiddetti gluoni. e particelle messaggere di forza debole, che svolgono un ruolo nel decadimento radioattivo, tra le altre cose, i cosiddetti bosoni W e Z.

Questi sono i bosoni W. Sappiamo che deve pesare circa ottanta volte più dei protoni e dei neutroni, le particelle che compongono i nuclei atomici. I fisici delle particelle hanno cercato di determinare con maggiore precisione quale fosse quella massa per decenni.

Lo fanno usando acceleratori di particelle come il Large Hadron Collider (LHC) vicino a Ginevra. In esso, le particelle si scontrano tra loro a una velocità tremenda, che porta alla formazione di altre particelle. Una particella che può apparire in una tale collisione è il bosone W. Questo poi decade in una frazione di secondo in altre particelle più leggere, ma da queste altre particelle puoi dedurre – con molto dolore e sforzo – cosa sia il bosone W deve pesare la vita breve

risultato sorprendente

I fisici dietro il rivelatore di collisione al Fermilab II (CDF II) hanno ora realizzato quest’ultimo con una precisione doppia rispetto alle misurazioni precedenti. Hanno usato dati un po’ “obsoleti”: l’esperimento CDF ha registrato collisioni all’acceleratore di particelle americano Tevatron, che era già stato interrotto nel 2011. Ma i dati prodotti da questa macchina sono ancora in fase di analisi.

E in questo caso, tale analisi ha prodotto un risultato del tutto sorprendente. Sulla base di oltre 4 milioni di collisioni di particelle che hanno prodotto bosoni W, gli scienziati CDF sono arrivati ​​a una massa di 80,433 megaelettronvolt (MeV). (L’elettronvolt è l’unità di massa che i fisici delle particelle preferiscono usare. Un protone o neutrone pesa circa 1 elettronvolt.)

Perché questo è pazzo? Perché puoi anche calcolare la massa del bosone W usando la forma standard. Quindi colleghi le masse di tutti gli altri tipi di particelle, come quelle in Il bosone di Higgs è stato scoperto nel 2012.quindi ottieni … 80.357 MeV.

fotoni scuri

Cosa può causare la differenza tra la massa calcolata e quella misurata del bosone W? Ad esempio, a causa di particelle che non sono state ancora osservate negli esperimenti, perché sono troppo pesanti o perché mostrano troppo poco di se stesse. “Tali particelle possono cambiare la massa prevista del bosone W”, afferma il fisico delle particelle del CERN Martin Boncamp, che non è stato coinvolto nello studio CDF.

Che tipo di particella dovrebbe essere? Nel loro articolo, tra l’altro, la storia di copertina della rivista scientifica sapereGli studiosi della CDF elencano una serie di opzioni. Il bosone di Higgs potrebbe essere segretamente costituito da particelle ancora più piccole. O chissà, potrebbero esserci i cosiddetti “fotoni oscuri” che interagiscono a malapena con la materia ordinaria.

Ma in realtà non ne abbiamo idea a questo punto. Boncamp prevede che “è probabile che nelle prossime settimane e nei prossimi mesi appariranno dozzine di articoli teorici per esaminare le implicazioni di questa scoperta”.

con cautela

Allo stesso tempo, non dovremmo essere così duri con noi stessi. “Il risultato della CDF è molto diverso dalle misurazioni precedenti, comprese le misurazioni della stessa CDF”, afferma Boncamp. “Quindi si consiglia cautela. Poiché si tratta di un risultato eccezionale, completamente diverso dal modello standard, dobbiamo stare molto attenti”.

Cosa potrebbe esserci dietro il risultato se non si trattasse di nuove particelle o fenomeni? Secondo Boonekamp, ​​l’analisi empirica del team CDF è molto buona, ma il team utilizza calcoli teorici obsoleti. Il team non ha menzionato i numerosi sviluppi in questo campo negli ultimi 20-25 anni. Resta da vedere se questo è significativo per le loro scoperte. Ma al momento è un punto di interesse importante”.

conseguenze a lungo termine

Un passo successivo importante è vedere se altre squadre possono confermare il risultato. Gli occhi sono principalmente concentrati sui vari esperimenti che studiano le collisioni all’acceleratore di particelle LHC. Finora, sono ancora lontani dal team CDF in termini di precisione, “ma stanno lavorando per raggiungere lo stesso livello”, afferma Boncamp.

Inoltre, i dati raccolti con un altro esperimento di Tevatron, D0, possono essere rivisitati, hanno scritto i fisici delle particelle Claudio Campaniari e Martin Mulders in un commento all’articolo del CDF. e futuri acceleratori di particelle come 100 km di lunghezza collisore ad anelli futuristico Sarebbe anche in grado di parlare di più della massa del bosone W, ma a lungo termine.

In questo momento stiamo parlando solo di una squadra che ha inventato un’analogia sorprendente. Una misurazione che potrebbe avere conseguenze di vasta portata, ma potrebbe anche essere ignorata se altri fisici si avventassero su di essa.